Chinmo, “el gen de la joventut”

L’estudi, publicat a eLife i liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) i l’IRB Barcelona, ha revelat que el gen Chinmo és responsable d’establir l’estadi juvenil en insectes. El treball també confirma que els gens Br-C i E93 tenen un paper regulador en la maduresa dels insectes. Aquests gens, que també estan presents en els humans, actuen com a promotor i com a supressor, respectivament, de processos cancerígens.

Els resultats de la investigació, realitzada amb la mosca de la fruita, Drosophila melanogaster, i la panerola Blattella germanica, descobreixen que aquests gens s’han conservat al llarg de l’evolució dels insectes, fet que sembla indicar que podrien tenir un paper clau en l’evolució de la metamorfosi.

Els gens Chinmo, Br-C i E93 són les agulles del rellotge biològic dels insectes

Els insectes que fan la metamorfosi completa, com les mosques, passen per tres estadis de desenvolupament: l’embrió, que es genera dins l’ou, la larva (estadi juvenil) que creix en vàries fases, i la pupa, estadi en què es produeix la metamorfosi per formar l’organisme adult.

Estudis anteriors han revelat que el gen Br-C determina la formació de la pupa en els insectes. El 2019, el mateix equip de l’IBE que ha liderat aquest estudi va descriure la funció essencial d’E93 per completar la metamorfosi en els insectes i iniciar la maduració dels teixits que formaran l’adult. 

No obstant, el gen responsable de determinar l’estadi juvenil es desconeixia. Amb aquest estudi s'ha identificat el gen Chinmo com el principal precursor de l’estadi juvenil en els insectes. 

Mitjançant la inhibició del gen Chinmo en exemplars de Drosophila, la investigació va observar que aquests insectes avançaven fins a l’estadi de pupa sense completar l’estadi juvenil, passant de manera precoç fins a l’estadi adult. Això ens confirma que Chinmo és essencial per al desenvolupament juvenil. 

“Hem descobert que Chinmo fomenta el creixement dels teixits durant l’estadi juvenil de Drosophila, mantenint les cèl·lules indiferenciades. Així, mentre Chinmo s’expressa, les cèl·lules no es poden diferenciar, ja que s’inhibeix l’acció dels gens que s'encarreguen de formar els teixits adults”, assenyala el Dr. Xavier Franch, investigador de l’IBE (CSIC-UPF) que ha coliderat l’estudi. 

D’aquesta manera, l’estudi conclou que per passar de l’estadi juvenil a la pupa i realitzar la metamorfosi amb èxit, el gen Chinmo ha d’inactivar-se. A més, es confirma que l’acció seqüencial dels tres gens: Chinmo, Br-C i E93, durant els estadis de larva, pupa i adult, respectivament, coordinen la formació dels diferents òrgans que constitueixen l’organisme adult.

Els gens reguladors del creixement tenen un paper clau en els processos cancerígens

Chinmo i Br-C formen part de l’extensa família dels factors de transcripció BTB-ZF, proteïnes implicades en el càncer que també es troben en els humans. Malgrat que els estudis anteriors ja havien demostrat que Chinmo és un precursor del càncer, el paper de Br-C i E93 en aquesta malaltia es desconeixia fins ara. 

“Conèixer el funcionament molecular del creixement cel·lular ens pot ajudar a comprendre millor els processos cancerígens. Les cèl·lules sanes creixen, es diferencien i maduren. Les cancerígenes, en canvi, creixen sense control, no es diferencien i no arriben a madurar. Per aquest motiu, determinar el paper de Chinmo, Br-C i E93 pot ser clau per a futures investigacions clíniques”, assenyala el Dr. Jordi Casanova, investigador de l’IRB Barcelona i coautor de l’estudi. 

La investigació demostra que mentre Chinmo és un precursor oncogènic perquè promou el creixement dels teixits i impedeix la diferenciació, Br-C i E93 actuen com a supressors tumorals en activar la maduració dels teixits.

Chinmo revela l’origen de l’evolució de la metamorfosi

La metamorfosi completa d’insectes com les papallones o les mosques és una innovació evolutiva que ha aparegut gradualment durant l’evolució a partir d’insectes que presenten una metamorfosi molt més simple, com les paneroles. Per entendre com s’ha donat aquest procés gradual, els investigadors han analitzat la funció de Chinmo, Br-C i E93 a les paneroles.

“Analitzar la funció d’aquests gens en diferents espècies d’insectes ens permet observar com actua l’evolució. El fet que la funció de Chinmo es conservi en insectes tan separats evolutivament com les mosques i les paneroles ens aporta pistes sobre com es va originar la metamorfosi”, explica el Dr. David Martín, investigador de l’IBE (CSIC-UPF) que ha coliderat l’estudi.

D’aquesta manera, els resultats de l’estudi indiquen que en insectes més basals, com la panerola, l’acció reguladora de Chinmo i E93 són suficients per determinar el pas de la forma juvenil a l’adulta. La introducció del gen Br-C, tanmateix, ha permès la invenció de la pupa i l’aparició de la metamorfosi completa a través d’un nou estadi de pupa en insectes com la mosca. 

Article de referència:

Antagonistic role of the BTB-zinc finger transcription factors chinmo and broad-complex in the juvenile/pupal transition and in growth control

Sílvia Chafino, Panagiotis Giannios, Jordi Casanova, David Martin & Xavier Franch-Marro.

eLife 2023, doi.org/10.7554/eLife.84648